JPH03294447A - 高温強度の優れたアルミニウム合金材料とその製造方法 - Google Patents
高温強度の優れたアルミニウム合金材料とその製造方法Info
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は高温強度の優れたアルミニウム合金材料及びそ
の製造方法に関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）アルミニウム
合金は、高温強度が低いため、従来は高温度の用途には
使用されていなかった。これは、一般に１５０℃を超え
ると、アルミニウム合金中の析出物が粗大化してしまう
結果、強度が低下するためである。 このため、アルミニウム合金の高温強度を向上させる方
策が試みられている１例えば、高温度でも安定で粗大化
しない粒子を分散させる方法がある。その−例として、
高温度で安定なＡｌ、０３やＣｏなどを粉末冶金法にて
混合させる方法などが現在検討されている。しかし、こ
のような方法では量産化ができにくいことや、コストが
高いなどの問題がある。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、従来の工業的な大型鋳塊においては得ることのでき
ない優れた高温強度が確保できるアルミニウム合金材料
を提供し、またその製造方法を提供することを目的とす
るものである。 （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため１本発明者は、高温において安
定で粗大化しない粒子を簡易な方法により分散させるこ
とができる方策について鋭意研究を重ねた結果、ここに
本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、Ｃｕ：４〜１０％を必須成分とし
て含み、更に、Ｍｎ： １〜１０％、Ｃｒ：０゜５〜５
％、Ｚｒ：０．２〜１．０％、Ｆａ：１〜１０％及びＮ
ｉ： ０ 、５〜１０．０％のうちの１種又は２種以上
を含み、残部がＡΩ及び不純物からなる組成を有し、か
つ、強制固溶されたＭｎ、 Ｃｒ、 Ｚｒ、Ｆｅ及びＮ
ｉの１種又は２種以上が微細な粒子として分散している
ことを特徴とする高温強度の優れたアルミニウム合金材
料を要旨とするものである。 また、その製造方法は、かぎる組成を有するアルミニウ
ム合金に、エレクトロンビームの線束を照射して１局部
的な再溶解及び凝固を連続的に行って急冷凝固させるこ
とを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳述する。 （作用） 前述の如く、高温で安定なＡＭ、Ｏ，やＣｏを粉末冶金
法により分散させることは既に検討されている。一方、
本発明では、高温で安定な粒子を分散させる手段として
、特定の成分を予め強制固溶させておく方法を採用した
ものである。 具体的には、所定の成分組成のアルミニウム合金の鋳塊
、或いは板、押し出し材、鋳造材などの中間工程材に、
表面よりエレクトロンビームを照射して１局部的な再溶
解、及び凝固を連続的に行わせる方法である。 これにより、通常の工業的に製造された金型鋳塊或いは
連続鋳塊より遥かに早い速度で急速冷却されるので、従
来の鋳塊では得られない多量の合金成分を強制固溶させ
ることができる。その結果、得られた材料を通常の工業
的方法で加工すると、高温度でも粗大化しない粒子を分
散させることができ、高温度での強度が高い材料を得る
ことができるのである。 まず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。 本発明では、アルミニウム合金のうち、最も高温強度が
高いＡｌ−Ｃｕ系をベースとし、更に、高温度で安定な
分散粒子を得るため、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉを
所定量添加するものである。なお、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏなど
も同様な効果が期待できるが、コストの面から大量生産
には不向きであるので望ましくない。 Ｃｕは、強度確保のために必要不可欠の元素であるが、
４％未満では充分な強度が得られず、また１０％を超す
と強度が飽和し、且つ加工性が劣化する。したがって、
Ｃｕは４〜１０％の範囲とする。 Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉは、いずれも強制固溶さ
せることによって高温強度を向上させる重要な元素であ
る。しかし、それぞれＭｎが１％未満、Ｃｒが０．５％
未満、Ｚｒが０．２％未満、Ｆｅが１％未満、Ｎｉが０
．５％未満では充分な高温強度が得られず、またＭｎが
１０％、Ｃｒが５％、Ｚｒが１．０％、Ｆｅが１０％、
Ｎｉが１０．０％をそれぞれ超えるとそのような効果が
飽和し、且つ加工性が劣化するので望ましくない。した
がって、Ｍｎは１〜１０％、Ｃｒは０．５〜５％、Ｚｒ
は０．２〜１．０％、Ｆｅは１〜１０％、Ｎｉは０．５
〜１０゜０％の範囲とする。 Ｍｇ、Ｓｉは、強度を向上させるために、必要に応じて
１種又は２種を適量で添加することができる。しかし、
それぞれが０．５％未満では効果が少なく、またＭｇが
２．０％、ＳＬが１．５％を超えると効果が飽和するの
で望ましくない。したがって、Ｍ、は０．５〜２．０％
、Ｓｉは０．５〜１．５％の範囲とする。 次に、上記成分組成のアルミニウム合金の鋳塊、中間工
程材等に対して、局部的な再溶解及び凝固を連続的に行
わせる方法としては、エレクトロンビームの照射を利用
する。 エレクトロンビームの照射は、一般に１０−４〜１０−
’Ｔｏｒｒの真空中にて加熱されたタングステンフィラ
メントから発生したエレクトロンに高電圧をかけ、加速
されたエレクトロンビームを被溶解部に照射することに
より、エレクトロンの運動エネルギーを熱エネルギーに
変えて溶解するものであるが、エネルギー密度が極めて
高いので、局部的に深い溶は込みが得られ、そのため、
厚い鋳塊や中間工程材の再溶融が可能となる。しかも、
この再溶融が局部的であるので、再溶融と凝固を連続的
に行なうことにより、急冷凝固が可能となり、したがっ
て、上記成分（Ｍｎ、 Ｃｒ、 Ｚｒ、 Ｆｅ、Ｎｉ）
を強制固溶させることができる。 なお、エレクトロンビーム照射の条件及び態様は、急冷
凝固が達成されて上述の成分が強制固溶される限り、特
に制限されないことは云うまでもない。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す化学成分を有する小型鋳塊（５０ｔｘ２０
０ｘ４００）を作製し、これに第２表に示す溶解条件で
鋳塊表面よりエレクトロンビームを照射して局部的な急
速再溶解及び急速冷却凝固を行った。この場合、得られ
た冷却速度は１０４℃／■ｉｎであり、従来法による同
寸法の金型鋳塊の冷却速度１０℃／■ｉｎに比べて著し
く早い冷却速度であった。 更に、この鋳塊を一般の工業的条件にて調整した。すな
わち、４５０℃Ｘ２４ｈｒの均質化処理を施し、２５０
〜３５０℃の熱間圧延により８ｍｍの板厚とし、次いで
冷間圧延により３層重の厚さとした。 この後、高温強度を調べるために２００℃、３００℃、
４００℃にてそれぞれ２時間加熱し、冷却後の機械的性
質を調べた。その結果を第３表に示す・ 第３表より明らかなように、本発明範囲内の化学成分を
有するアルミニウム合金にエレクトロンビーム照射を行
なった本発明材Ｎ１１１〜Ｎｎ５は、本発明範囲外の化
学成分を有するアルミニウム合金にエレクトロンビーム
照射を行なった比較材＆６〜翫８や、本発明範囲内の化
学成分を有するアルミニウム合金ではあってもエレクト
ロンビーム照射を行なわなかった比較材＆９〜＆１０に
比べ、著しく高い高温強度を示している。 第１図に比較材！ｌｈ９のミクロ組織を示すように、結
晶が粗大化しているのに対し、第２図に示す本発明材Ｎ
１１１では著しく微細な分散粒子の存在が認められた。
の製造方法に関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）アルミニウム
合金は、高温強度が低いため、従来は高温度の用途には
使用されていなかった。これは、一般に１５０℃を超え
ると、アルミニウム合金中の析出物が粗大化してしまう
結果、強度が低下するためである。 このため、アルミニウム合金の高温強度を向上させる方
策が試みられている１例えば、高温度でも安定で粗大化
しない粒子を分散させる方法がある。その−例として、
高温度で安定なＡｌ、０３やＣｏなどを粉末冶金法にて
混合させる方法などが現在検討されている。しかし、こ
のような方法では量産化ができにくいことや、コストが
高いなどの問題がある。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、従来の工業的な大型鋳塊においては得ることのでき
ない優れた高温強度が確保できるアルミニウム合金材料
を提供し、またその製造方法を提供することを目的とす
るものである。 （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため１本発明者は、高温において安
定で粗大化しない粒子を簡易な方法により分散させるこ
とができる方策について鋭意研究を重ねた結果、ここに
本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、Ｃｕ：４〜１０％を必須成分とし
て含み、更に、Ｍｎ： １〜１０％、Ｃｒ：０゜５〜５
％、Ｚｒ：０．２〜１．０％、Ｆａ：１〜１０％及びＮ
ｉ： ０ 、５〜１０．０％のうちの１種又は２種以上
を含み、残部がＡΩ及び不純物からなる組成を有し、か
つ、強制固溶されたＭｎ、 Ｃｒ、 Ｚｒ、Ｆｅ及びＮ
ｉの１種又は２種以上が微細な粒子として分散している
ことを特徴とする高温強度の優れたアルミニウム合金材
料を要旨とするものである。 また、その製造方法は、かぎる組成を有するアルミニウ
ム合金に、エレクトロンビームの線束を照射して１局部
的な再溶解及び凝固を連続的に行って急冷凝固させるこ
とを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳述する。 （作用） 前述の如く、高温で安定なＡＭ、Ｏ，やＣｏを粉末冶金
法により分散させることは既に検討されている。一方、
本発明では、高温で安定な粒子を分散させる手段として
、特定の成分を予め強制固溶させておく方法を採用した
ものである。 具体的には、所定の成分組成のアルミニウム合金の鋳塊
、或いは板、押し出し材、鋳造材などの中間工程材に、
表面よりエレクトロンビームを照射して１局部的な再溶
解、及び凝固を連続的に行わせる方法である。 これにより、通常の工業的に製造された金型鋳塊或いは
連続鋳塊より遥かに早い速度で急速冷却されるので、従
来の鋳塊では得られない多量の合金成分を強制固溶させ
ることができる。その結果、得られた材料を通常の工業
的方法で加工すると、高温度でも粗大化しない粒子を分
散させることができ、高温度での強度が高い材料を得る
ことができるのである。 まず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。 本発明では、アルミニウム合金のうち、最も高温強度が
高いＡｌ−Ｃｕ系をベースとし、更に、高温度で安定な
分散粒子を得るため、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉを
所定量添加するものである。なお、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏなど
も同様な効果が期待できるが、コストの面から大量生産
には不向きであるので望ましくない。 Ｃｕは、強度確保のために必要不可欠の元素であるが、
４％未満では充分な強度が得られず、また１０％を超す
と強度が飽和し、且つ加工性が劣化する。したがって、
Ｃｕは４〜１０％の範囲とする。 Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｉは、いずれも強制固溶さ
せることによって高温強度を向上させる重要な元素であ
る。しかし、それぞれＭｎが１％未満、Ｃｒが０．５％
未満、Ｚｒが０．２％未満、Ｆｅが１％未満、Ｎｉが０
．５％未満では充分な高温強度が得られず、またＭｎが
１０％、Ｃｒが５％、Ｚｒが１．０％、Ｆｅが１０％、
Ｎｉが１０．０％をそれぞれ超えるとそのような効果が
飽和し、且つ加工性が劣化するので望ましくない。した
がって、Ｍｎは１〜１０％、Ｃｒは０．５〜５％、Ｚｒ
は０．２〜１．０％、Ｆｅは１〜１０％、Ｎｉは０．５
〜１０゜０％の範囲とする。 Ｍｇ、Ｓｉは、強度を向上させるために、必要に応じて
１種又は２種を適量で添加することができる。しかし、
それぞれが０．５％未満では効果が少なく、またＭｇが
２．０％、ＳＬが１．５％を超えると効果が飽和するの
で望ましくない。したがって、Ｍ、は０．５〜２．０％
、Ｓｉは０．５〜１．５％の範囲とする。 次に、上記成分組成のアルミニウム合金の鋳塊、中間工
程材等に対して、局部的な再溶解及び凝固を連続的に行
わせる方法としては、エレクトロンビームの照射を利用
する。 エレクトロンビームの照射は、一般に１０−４〜１０−
’Ｔｏｒｒの真空中にて加熱されたタングステンフィラ
メントから発生したエレクトロンに高電圧をかけ、加速
されたエレクトロンビームを被溶解部に照射することに
より、エレクトロンの運動エネルギーを熱エネルギーに
変えて溶解するものであるが、エネルギー密度が極めて
高いので、局部的に深い溶は込みが得られ、そのため、
厚い鋳塊や中間工程材の再溶融が可能となる。しかも、
この再溶融が局部的であるので、再溶融と凝固を連続的
に行なうことにより、急冷凝固が可能となり、したがっ
て、上記成分（Ｍｎ、 Ｃｒ、 Ｚｒ、 Ｆｅ、Ｎｉ）
を強制固溶させることができる。 なお、エレクトロンビーム照射の条件及び態様は、急冷
凝固が達成されて上述の成分が強制固溶される限り、特
に制限されないことは云うまでもない。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す化学成分を有する小型鋳塊（５０ｔｘ２０
０ｘ４００）を作製し、これに第２表に示す溶解条件で
鋳塊表面よりエレクトロンビームを照射して局部的な急
速再溶解及び急速冷却凝固を行った。この場合、得られ
た冷却速度は１０４℃／■ｉｎであり、従来法による同
寸法の金型鋳塊の冷却速度１０℃／■ｉｎに比べて著し
く早い冷却速度であった。 更に、この鋳塊を一般の工業的条件にて調整した。すな
わち、４５０℃Ｘ２４ｈｒの均質化処理を施し、２５０
〜３５０℃の熱間圧延により８ｍｍの板厚とし、次いで
冷間圧延により３層重の厚さとした。 この後、高温強度を調べるために２００℃、３００℃、
４００℃にてそれぞれ２時間加熱し、冷却後の機械的性
質を調べた。その結果を第３表に示す・ 第３表より明らかなように、本発明範囲内の化学成分を
有するアルミニウム合金にエレクトロンビーム照射を行
なった本発明材Ｎ１１１〜Ｎｎ５は、本発明範囲外の化
学成分を有するアルミニウム合金にエレクトロンビーム
照射を行なった比較材＆６〜翫８や、本発明範囲内の化
学成分を有するアルミニウム合金ではあってもエレクト
ロンビーム照射を行なわなかった比較材＆９〜＆１０に
比べ、著しく高い高温強度を示している。 第１図に比較材！ｌｈ９のミクロ組織を示すように、結
晶が粗大化しているのに対し、第２図に示す本発明材Ｎ
１１１では著しく微細な分散粒子の存在が認められた。
【以下余白】
（発明の効果）
以上詳述したように１本発明によれば、特定の成分組成
のアルミニウム合金材料において強制固溶された成分の
粒子が分散しているので、従来の工業的な大型鋳塊にお
いては得ることのできない優れた高温強度が確保できる
。しかも、安価で大量生産も可能であるので、アルミニ
ウム合金の用途拡大に寄与する効果は顕著である。
のアルミニウム合金材料において強制固溶された成分の
粒子が分散しているので、従来の工業的な大型鋳塊にお
いては得ることのできない優れた高温強度が確保できる
。しかも、安価で大量生産も可能であるので、アルミニ
ウム合金の用途拡大に寄与する効果は顕著である。
第１図及び第２図はアルミニウム合金材料の金属組織を
示す顕微鏡写真（Ｘ Ｉ ＯＯ）で、第１図は比較材の
場合、第２図は本発明材の場合を示している。
示す顕微鏡写真（Ｘ Ｉ ＯＯ）で、第１図は比較材の
場合、第２図は本発明材の場合を示している。
Claims (3)
- （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃｕ：４〜１０％を必
須成分として含み、更に、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：０
．５〜５％、Ｚｒ：０．２〜１．０％、Ｆｅ：１〜１０
％及びＮｉ：０．５〜１０．０％の１種又は２種以上を
含み、残部がＡｌ及び不純物からなる組成を有し、かつ
、強制固溶されたＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＮｉの１
種又は２種以上が微細な粒子として分散していることを
特徴とする高温強度の優れたアルミニウム合金材料。 - （２）更にＭｇ：０．５〜２．０％及びＳｉ：０．５〜
１．５％の１種又は２種を含む請求項１に記載のアルミ
ニウム合金材料。 - （３）請求項１又は２に記載の組成を有するアルミニウ
ム合金に、エレクトロンビームの線束を照射して、局部
的な再溶解及び凝固を連続的に行って急冷凝固させるこ
とを特徴とする高温強度の優れたアルミニウム合金材料
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9887190A JPH03294447A (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 高温強度の優れたアルミニウム合金材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9887190A JPH03294447A (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 高温強度の優れたアルミニウム合金材料とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03294447A true JPH03294447A (ja) | 1991-12-25 |
Family
ID=14231248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9887190A Pending JPH03294447A (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 高温強度の優れたアルミニウム合金材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03294447A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073788A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-12 | Denso Corp | 軽合金ダイカスト部材の部分的強化方法 |
| CN111172404A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-05-19 | 南昌航空大学 | 一种用于颗粒增强铝基复合材料的电子束重熔装置及方法 |
| CN112646996A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-13 | 贵州航天新力科技有限公司 | 一种7系铝合金材料及其铸锭的制备方法 |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP9887190A patent/JPH03294447A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073788A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-12 | Denso Corp | 軽合金ダイカスト部材の部分的強化方法 |
| CN111172404A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-05-19 | 南昌航空大学 | 一种用于颗粒增强铝基复合材料的电子束重熔装置及方法 |
| CN112646996A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-13 | 贵州航天新力科技有限公司 | 一种7系铝合金材料及其铸锭的制备方法 |
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